鈦鋁合金氫致軋制改性及成形性能研究結題摘要

Ti-Al合金密度低、高溫力學性能優(yōu)良，在航空航天工業(yè)中展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景。但其本征脆性、熱加工能力差嚴重限制了它的工程應用，因此本項目基于置氫增塑機理，提出將熱氫加工技術應用于鈦鋁合金板材軋制及成形過程中，以改善其塑韌性和加工性能。本項目研究了置氫Ti-Al合金的高溫變形行為，建立了置氫Ti-Al合金高溫變形本構關系；提出了氫致擴散層片分解機制和氫致相變層片分解機制，闡明了氫致動態(tài)再結晶機制；研究了置氫Ti-Al合金鑄錠開坯鍛造工藝，獲得了晶粒均勻細小的板坯，闡明了板坯初始組織及退火熱處理之間的關系；研究了板材軋制性能與氫含量、軋制參數(shù)（軋制溫度、道次變形量和總變形量）之間的關系，揭示了板材熱軋過程中的氫致改性機理。研究發(fā)現(xiàn)，置氫可以降低Ti-Al合金鍛造溫度約50℃，氫致峰值應力平均下降率約為25%，合金熱加工窗口增大，并可獲得細小均勻的組織。置氫后Ti2AlNb合金板材熱成形塑性提高約一倍，載荷降低最大達50%，成形性能提升明顯。因此，本項目的研究為熱氫加工技術在Ti-Al合金熱加工領域的應用奠定了理論基礎，為提高Ti-Al合金的塑韌性、改善其加工性能、推進其實用化進程提供一條新途徑，具有重要的理論和工程意義。

隨著航空航天材料向低密度和高使用溫度的方向發(fā)展，鈦鋁合金成為替代鎳基高溫合金的理想材料，板材的應用是其實用化的一個突破口。針對鈦鋁合金塑性差、韌性低、熱加工困難，本項目基于置氫增塑機理，提出將熱氫加工技術（THP：置氫-熱加工-真空除氫）應用于鈦鋁合金板材軋制及成形過程中，以改善其塑韌性和加工性能，實現(xiàn)對其組織和性能的精確調(diào)控。主要研究：1）置氫鈦鋁合金高溫變形行為及開坯鍛造工藝研究；2)氫對鈦鋁合金板材軋制及成形性能的影響規(guī)律；3)氫對鈦鋁合金組織結構演變（相變、動態(tài)回復、動態(tài)再結晶、位錯運動和孿晶等）的影響規(guī)律及其機理分析；4)制定鈦鋁合金板材軋制的最佳氫含量及最佳成形工藝方案；5)建立鈦鋁合金板材氫含量與組織結構和性能的相關性模型，實現(xiàn)板材組織和性能的精確調(diào)控。本項目的研究將為提高鈦鋁合金的塑韌性、改善其加工性能、推進其實用化進程提供一條新途徑，為熱氫加工技術的應用奠定理論基礎。

（1）焊縫金屬的化學成分焊縫金屬中C、S、P元素較多時，促使形成熱裂紋。錳在熔池中能與硫形成MnS進入熔渣，可減少硫的有害作用，適量時可減少焊縫的裂紋傾向。

鋼中含銅量過多時，會增大焊縫裂紋傾向。

（2）焊縫橫截面形狀焊縫熔寬與厚度的比值越小，即熔寬較小、厚度較大時，容易產(chǎn)生裂紋。

（3）焊接應力焊件剛性大，裝配和焊接時產(chǎn)生較大的焊接應力，會促使形成裂紋。

由輕質(zhì)元素構成的KSi合金是儲氫材料研究的熱點之一。KSi合金具有較高的儲氫容量，較低的吸/放氫溫度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有潛在的應用前景。但合金存在合成困難和吸/放動力學性能緩慢等問題，制約了其發(fā)展和應用。本項目通過高壓燒結輔以低壓自提純法實現(xiàn)高純KSi合金的制備，突破了KSi合金難以高純度制備的難點；通過KH替代K實現(xiàn)KSiH3的中低溫合成；表征了KSi合金的儲氫性能，獲得KSi合金吸放氫的熱力學和動力學數(shù)據(jù)；通過催化摻雜和構建復合體系初步改善了KSi合金的儲氫性能；提出了AB3型超點陣儲氫合金的亞單元體積控制機制，有望用于指導新型超點陣儲氫合金的開發(fā)。項目執(zhí)行期間共發(fā)表標注本項目基金號的 SCI 收錄論文14 篇，申請國家發(fā)明專利 3 項，獲得國家發(fā)明專利1項，培養(yǎng)碩士研究生3名，博士研究生1名。圓滿地完成了本項目規(guī)定的考核任務。 2100433B

n

縮孔變形脫膠

皺褶流掛翹曲

2.